[發明專利]一種自吸氧式管式光生物反應器

有效

• 申請號: 201710041244.8
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107043693B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 何雅玲;宋秉燁;姚森;黃東;李小躍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/04;C12M1/02;C12M1/00;H01M2/02;H01M4/92;C12R1/89
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 張震國

一種自吸氧式管式光生物反應器，包括管式光生物反應器及圓筒形堿性燃料電池組，所述的管式光生物反應器包括光反應管、儲液罐和循環水泵，藻液由循環水泵帶動在光反應管和儲液罐中循環流動，在光反應管之間的連接處安裝圓筒型堿性燃料電池；本發明利用燃料電池的陰極氧還原反應對光生物反應器中的高溶氧量的藻液進行處理，在保證藻液高效培養的情況下，無需管式光生物反應器傳統的曝氣裝置，同時燃料電池陽極氧化產生CO₂作為藻液的碳源，其產生的電能亦可作為外加光源的電源，達到降低系統能耗的目的。

技術領域

本發明屬于生物工程及二氧化碳捕獲封存領域，具體涉及一種集藻類高效培養、CO₂捕獲、溶氧效應抑制及溶氧回收利用于一體的自吸氧式管式光生物反應器。

背景技術

進入21世紀以來，能源危機與環境污染已成為全人類面臨的重大課題。尤其在我國，隨著經濟的飛速發展，人們生活水平不斷上升，對能源的渴望日趨迫切，傳統的化石能源的供應缺口越來越大。據相關報道，2015年中國原油對外依存度首次超過60％，這種情況已經嚴重威脅到國家安全。此外，2015年我國出現了11次大范圍、持續性的霾過程，化石能源的利用造成的嚴重的環境污染已經非常顯著的影響到了人們的日常生活與身體健康。在這種背景下，太陽能、風能、生物質能等新型清潔能源被廣泛的研究以期替代高污染的一次能源。

生物柴油作為石油的可替代燃料在國際上已經得到廣泛的利用，發展生物柴油最關鍵的問題在于原料的來源問題，其中高含油的微藻沒有換季和生產周期的限制，并且來源豐富被認為是生物柴油的優質原料。微藻具有比傳統作物效率更高的光合作用，將碳水化合物、碳氫化合物和空氣中的CO₂作為碳源合成大量油脂，微藻的高密度培養是實現微藻資源綜合開發利用的關鍵，可以開放式培養和密閉式培養。

光生物反應器是指用于培養具有光合作用能力的植物組織、細胞的實驗設施，通過控制溫度、pH、光照強度、營養液濃度、CO₂等進行連續或者半連續的培養，從而獲得較高生物密度或者單位面積產量。在管式光生物反應器中，氧氣是藻類進行光合作用的產物。但是，在CO₂濃度比較高的情況下，光合作用產生的高濃度的溶解氧會破壞藻細胞，抑制藻細胞的生長。在藻液中，溶解氧為空氣中O₂飽和度(7.5mL·L^-1，30℃)的情況下，藻細胞的耐受時間只有2-3h。在管式光生物反應器中生成的O₂會沿管道梯度轉移，在反應器末端溶解氧值超過空氣O₂的飽和度400-500％。

目前，解決反應器中溶解氧的問題主要有兩種方案(1)在反應器內部加快藻液流速，增大擾動，一方面使藻液得到均勻的分布，另一方面可以加快氧氣與藻液的分離；(2)在反應器內部加入氣體分離裝置，分離氧氣。但是，這兩種方式分離需要消耗大量的能源，并且光合作用產生的氧氣很難收集再利用，是光和作用的一種浪費。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠使管式光生物反應器在藻類高效培養與CO₂捕獲的同時，無需外加曝氣裝置，實現消耗藻液中的溶氧、降低系統能耗，能量回收利用的自吸氧式管式光生物反應器。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括管式光生物反應器及圓筒形燃料電池組，所述的管式光生物反應器包括藻液循環回路及藻類培養條件控制段；

所述的藻液循環回路包括安裝有換熱盤管的儲液罐，儲液罐通過循環水泵與若干光反應管相連接；相鄰兩光反應管首尾之間分別與圓筒形堿性燃料電池連通；

所述的藻類培養控制段包括主控制器，CO₂供氣系統的管路開關與主控制器相連，主控制器還與設置在儲液罐內的CO₂曝氣管、溶氧電極、pH電極及安裝在相鄰兩光反應管之間的外加光源相連；

所述的儲液罐內還設置有與空氣壓縮機相連的空氣曝氣管。